TELECOMUNICAZIONI

TELECOMUNICAZIONI

. La tecnica delle telecomunicazioni, considerata particolarmente nei riguardi dei collegamenti telefonici e telegrafici sia a mezzo fili sia a mezzo radio, ha subìto in questi ultimi anni una vasta e profonda evoluzione che ha portato alla creazione di numerosi modernissimi sistemi, alcuni dei quali hanno già avuto larga diffusione nei collegamenti interurbani a lunga distanza, altri sono in via di utilizzazione, altri infine sono in corso di avanzato sviluppo sperimentale. Tali sistemi differiscono tra loro in due punti fondamentali: cioè nei riguardi delle caratteristiche tecniche dei mezzi trasmissivi che collegano i posti terminali e nei riguardi delle caratteristiche tecniche o costruttive di tali posti terminali.

Se ci riferiamo alle caratteristiche tecniche dei mezzi trasmissivi, che sono in definitiva quelli che più particolarmente individuano e differenziano i numerosi moderni sistemi di telecomunicazione, possiamo raggruppare questi ultimi in due grandi classi: a) sistemi di telecomunicazione utilizzanti mezzi trasmissivi caratterizzati da una frequenza limite superiore F_max, detta anche frequenza superiore di taglio, oltre la quale la trasmissione dei segnali non risulta possibile o praticamente conveniente; b) sistemi di telecomunicazione utilizzanti mezzi trasmissivi caratterizzati da una frequenza limite inferiore F_min, detta anche frequenza inferiore di taglio, al disotto della quale la trasmissione dei segnali non risulta possibile o praticamente conveniente.

Appartengono alla prima classe tutti i sistemi che utilizzano mezzi trasmissivi costituiti da due conduttori metallici, uno per l'andata e l'altro per il ritorno, i quali, come è noto, sono in grado di trasmettere, con attenuazione non eccessiva, le frequenze da zero a quella F_max che individua la frequenza superiore di taglio, il cui valore varia in funzione dei parametri elettrici relativi alla coppia dei conduttori suddetti.

Appartengono alla seconda classe tutti i sistemi che utilizzano mezzi trasmissivi costituiti da un conduttore cavo, denominato guida cava o guida d'onda e tutti i sistemi radioelettrici ad onde affasciate, detti anche sistemi a ponti radio, che utilizzano come mezzo trasmissivo, l'etere. Nei riguardi dei sistemi della seconda classe utilizzanti, come mezzo trasmissivo, la guida cava, è da rilevare che in tal caso la trasmissione dei segnali ha luogo mediante modulazione di onde elettromagnetiche che si propagano nell'interno della guida stessa e, come è ben noto, la propagazione ha luogo solamente per onde la cui frequenza sia superiore ad un dato valore F_min, che costituisce quindi la frequenza inferiore di taglio, il cui valore varia con le dimensioni geometriche della guida stessa.

Nei riguardi dei sistemi radioelettrici ad onde affasciate, è da rilevare che anche in tal caso la trasmissione dei segnali ha luogo per modulazione di onde elettromagnetiche, la cui propagazione tra i due posti terminali, anziché avvenire, come nel caso precedente, nello spazio delimitato dalla superficie metallica interna della guida cava, si può considerare effettuantesi nello spazio delimitato idealmente dalla superficie cilindrica che contorna il proiettore di emissione e quello di ricezione dei posti terminali stessi (fig. 1). Anche in tal caso quindi esiste una frequenza limite inferiore F_min che costituisce la frequenza inferiore di taglio, il cui valore può considerarsi individuato dal valore della frequenza dell'onda necessaria per ottenere, con una data superficie dei proiettori, un fascio, la cui apertura non risulti maggiore di un valore prestabilito.

Da quanto è detto sopra risulta chiaro che, in definitiva, i mezzi trasmissivi che caratterizzano le due classi suddette di sistemi di telecomunicazione, si comportano come veri e proprî filtri e, propriamente, come filtri passa basso quelli relativi ai sistemi della prima classe, come filtri passa alto quelli relativi ai sistemi della seconda classe.

Le differenze fra le due classi di sistemi nei riguardi delle caratteristiche tecniche e costruttive dei posti terminali, si manifestano sotto due aspetti fondamentali e propriamente: nei riguardi dei metodi di multiplazione delle comunicazioni e nei riguardi dei metodi di modulazione impiegati per ottenere la multiplazione stessa.

La multiplazione delle comunicazioni si può effettuare secondo due metodi ben distinti e cioè per selezione di frequenza e per divisione di tempo. In base al primo metodo, nota la larghezza della gamma di frequenza B che caratterizza il mezzo trasmissivo utilizzato, e nota la larghezza C della gamma di frequenza occupata dal canale che caratterizza la particolare trasmissione da effettuare, il numero N delle comunicazioni che possono essere conseguite, risulta dato da:

e tutte queste comunicazioni vengono effettuate modulando, per ognuna di esse, una frequenza portante dislocata opportunamente nello spettro di frequenza che caratterizza il mezzo trasmissivo, le N portanti risultando intervallate tra loro con adeguato criterio.

La larghezza della gamma di frequenza di un canale, dipende dalla specie di trasmissione e dal sistema di modulazione adottato per modulare la frequenza portante. Come è noto, i metodi di modulazione che si possono impiegare sono fondamentalmente tre, quello di ampiezza, quello di frequenza e quello di fase. Limitandosi a considerare la modulazione di ampiezza, ricordiamo che lo spettro relativo ad una frequenza portante f, modulata in ampiezza da un segnale caratterizzato da una gamma di frequenza che va da F₁ a F₂, comprende (fig. 2) la stessa frequenza portante f e due bande laterali di modulazione, quella superiore, che si estende da f + F₁ a f + F₂, e quella inferiore, che si estende da f − F₁ a f −F₂, cosicché una portante modulata in ampiezza è caratterizzata da un canale di larghezza eguale a due volte la massima frequenza di modulazione e quindi, nel caso suddetto, eguale a 2 F₂. È da osservare subito che, nei riguardi della riproduzione del segnale, è sufficiente l'utilizzazione di una solamente delle due bande laterali di modulazione e cioè di quella laterale superiore o di quella laterale inferiore; in definitiva quindi, con la modulazione in ampiezza di una frequenza portante, si può ottenere il risultato di trasferire la gamma di frequenza relativa ad una comunicazione in una differente gamma di frequenza, della stessa larghezza, e propriamente a destra o a sinistra di una determinata frequenza portante, a seconda che si utilizzi la banda di modulazione superiore o quella inferiore. Il procedimento di modulazione e di utilizzazione di una sola banda laterale, viene chiamato modulazione a banda laterale unica. Si deve peraltro rilevare subito che, nell'attuare la multiplazione per selezione di frequenza con il sistema di modulazione a banda laterale unica di una frequenza portante, il dislocamento nello spettro di frequenza del mezzo trasmissivo utilizzato delle gamme singole relative alle diverse comunicazioni, deve essere effettuato lasciando, tra le diverse gamme, delle piccole zone d'intervallamento, onde rendere possibile in ricezione la separazione delle diverse comunicazioni mediante filtri di banda, i quali, come è ben noto, sono sempre caratterizzati da frontiere, il cui andamento (fig. 3) non consente di ottenere una attenuazione di valore molto elevato per piccoli scarti di frequenza rispetto ai valori di frequenza che individuano gli estremi della banda di passaggio. Da ciò consegue che la larghezza del canale occupata da una trasmissione, nel caso di modulazione a banda unica, deve considerarsi eguale a quella dell'effettiva larghezza della banda che caratterizza la particolare comunicazione, incrementata di una banda aggiuntiva di protezione da disporsi ai due lati della gamma stessa onde rendere possibile la selezione di comunicazioni multiple a bande adiacenti.

Riferendoci per esempio alle comunicazioni telefoniche, se si considera sufficiente per una buona riproduzione della parola la gamma 300÷2400, la larghezza del canale può ritenersi di 3000 cicli al secondo e tale canale si chiama a banda stretta per distinguerlo da quello a banda larga di 4 kc/sec. che occorre considerare quando si voglia utilizzare la gamma allargata 300-3400 c/sec., onde conseguire una migliore riproduzione della parola trasmessa.

Il vantaggio presentato dal canale a banda larga, che è raccomandato dal C.C.I.F. per le comunicazioni internazionali e in generale per tutte le comunicazioni a grandissima distanza, si manifesta in maniera particolare allorché si opera la trasmissione in ambienti rumorosi e in generale quando la trasmissione risulta comunque accompagnata da disturbi. Riferendoci allora all'adozione di canali da 4 kc/sec. per le comunicazioni telefoniche, possiamo subito vedere come si opera, seguendo le raccomandazioni del C.C.I.F., la multiplazione per selezione di frequenza nel caso che si voglia ottenere la trasmissione contemporanea di 12 comunicazioni te l efo n i che.

Il procedimento è illustrato nella fig. 4, dalla quale si rileva che la gamma 300-3400 relativa a ciascuna delle 12 distinte comunicazioni da trasmettere viene anzitutto trasferita, per modulazione a banda laterale unica inferiore di una portante di 8 kc/sec., nella gamma 4,6÷7,7 kc/sec., e le gamme così ottenute relative alle 12 comunicazioni in questione, vengono a loro volta trasferite nella gamma 12-60 kc/sec. per modulazione a banda laterale unica inferiore di 12 portanti distanziate di 4 kc/sec. a partire dalla portante di 16 kc/sec. fino a quella di 60 kc/sec.

È da rilevare che nel caso di multiplazione di ordine molto elevato, il procedimento illustrato a titolo di esempio nella fig. 4, risulterebbe enormemente complicato; ad esempio, nel caso di 600 comunicazioni contemporanee da trasmettere in cavo coassiale, la modulazione di 600 distinte portanti porterebbe a complicazioni notevoli nei riguardi delle apparecchiature necessarie; in tal caso si ricorre al metodo di multiplazione per gruppi e supergruppi (fig. 5).

Passando ora al secondo metodo di multiplazione, e cioè a quello per divisione di tempo, osserviamo che i segnali di una comunicazione telefonica sono caratterizzati dalle forme d'onde (fig. 6) ottenute tracciando, in funzione del tempo, l'andamento della tensione o della corrente ricavata all'uscita del trasduttore elettroacustico del posto di trasmissione. Per trasmettere lungo un mezzo trasmissivo una forma d'onda, come ad esempio quella della fig. 6, in modo da ottenere in ricezione una forma d'onda che ne riproduca fedelmente l'andamento, non è necessario trasmettere i valori di tutte le infinite ordinate che individuano la forma d'onda stessa, ma basta semplicemente trasmettere i valori di un certo numero di ordinate opportunamente intervallate; propriamente si dimostra che, se la massima frequenza presente nella forma d'onda è F, è sufficiente trasmettere le ordinate individuate di una successione di impulsi susseguentisi con frequenza f_i = 2F. Per esempio, nel caso della voce umana, ammettendo che la massima frequenza presente nel suo spettro possa essere considerata quella di 3400 c/sec., sarebbe sufficiente una frequenza f_i di successione degli impulsi di 6800 c/sec.; generalmente si assume f_i=8000 in base alla formula f_i = 2k F_max nella quale viene introdotto un coefficiente numerico k maggiore di uno che nel caso in questione, risulta di valore 1,2.

La trasmissione della curva della fig. 6, mediante successione di impulsi di ampiezza proporzionale alle ordinate della curva stessa, caratterizza il sistema di trasmissione per impulsi modulati in ampiezza che viene denominato con la sigla PAM (inglese Pulse Amplitude Modulation). Osserviamo subito che la larghezza τ di ogni impulso risulta in generale molto piccola rispetto al periodo T di successione degli impulsi stessi, cosicché tra un impulso e il successivo esiste un intervallo di inattività di durata T-τ. Ne segue allora che detti intervalli di inattività possono essere utilizzati per inserire numerose altre successioni d'impulsi opportunamente intervallati tra loro, destinando le diverse successioni ciascuna ad una determinata comunicazione, in modo da utilizzare in definitiva una stessa linea per tante comunicazioni distinte quanti sono gli impulsi appartenenti a successioni diverse che possono essere inseriti nell'intervallo di inattività tra due impulsi di una stessa successione.

L'inserzione delle diverse successioni di impulsi (fig. 7) sulla linea di trasmissione e la selezione di esse nel posto di arrivo, può essere effettuata a mezzo di opportuni distributori come nel sistema di telegrafia multipla Baudot. La multiplazione di comunicazioni che in tal modo si ottiene, differisce fondamentalmente da quella per selezione di frequenza, in quanto in quest'ultimo caso tutte le comunicazioni vengono trasmesse contemporaneamente e la selezione in ricezione viene operata con filtri passa banda, mentre nel primo caso, le diverse comunicazioni non sono contemporanee, ma intervallate nel tempo e la loro selezione è effettuata con distributori nel posto di ricezione in sincronismo con quelli di trasmissione.

Nel caso della multiplazione delle comunicazioni per divisione di tempo, il massimo numero di comunicazioni che riesce possibile ottenere, dipende evidentemente dall'ampiezza dell'intervallo d'inattività T − τ e dalla durata τ degli impulsi, e propriamente incrementando la durata τ di ciascun impulso di un tempuscolo Δ τ, onde evitare che l'impulso di una successione relativa alla comunicazione A_n venga a risultare completamente addossato agli impulsi delle due successioni precedente e seguente relative rispettivamente alle comunicazioni A_n-1 e A_n+1 (fig. 7), il numero N delle comunicazioni ottenibili risulta dato dalla relazione:

Se si considera che la larghezza τ degli impulsi potrebbe teoricamente essere resa di valore infinitesimo, si dovrebbe concludere che N può assumere valori enormemente elevati. Ciò effettivamente non risulta possibile per le seguenti considerazioni:

Occorre anzitutto tener presente che allo stato attuale della tecnica non è possibile generare impulsi molto stretti; si può infatti ritenere che gli impulsi più stretti che si possono ottenere siano dell'ordine di 1/25 di microsecondo; ma anche ammesso di poter generare impulsi più brevi, la loro utilizzazione non risulterebbe conveniente, a causa dell'eccessiva larghezza della gamma occupata dalla trasmissione. Infatti, se si considera lo sviluppo in serie di Fourier relativo ad impulsi rettangolari di larghezza τ succedentisi con frequenza f_i e lo spettro delle ampiezze delle diverse armoniche rappresentato in fig. 8, si rileva la presenza di importanti armoniche di ordine elevatissimo; ad esempio nel caso di impulsi di 1 microsecondo succedentisi con frequenza di 10.000 c/sec., le armoniche di ordine 150, 250, 350, ecc. hanno un'ampiezza notevolissima rispettivamente di circa

di quella della fondamentale. Ne segue che, per ottenere in ricezione una riproduzione abbastanza fedele degli impulsi trasmessi, intesa particolarmente ad assicurare una sufficiente ripidità delle loro fiancate onde evitare allargamenti degli impulsi stessi che darebbero luogo a fenomeni di diafonia fra le diverse comunicazioni, è necessario trasmettere una gamma di frequenza molto ampia che comprenda anche le frequenze di valore

dove n, che possiamo chiamare fattore di fedeltà, deve risultare non inferiore a 5; è necessario cioè considerare per la trasmissione una larghezza di canale non inferiore a

e quindi per τ = 1 microsecondo, ammettendo n = 5, non inferiore a 5 Mc/sec., e per

di microsecondo, non inferiore a 50 Mc/sec. Si deduce che, dal punto di vista della larghezza del canale, il metodo della multiplazione per divisione di tempo risulta nettamente inferiore a quello per selezione di frequenza e ciò spiega perché esso non abbia trovato applicazione nei sistemi della prima classe, ma solamente in quelli della seconda classe, per i quali la questione della larghezza di canale occupata dalla trasmissione non è di fondamentale importanza.

È da aggiungere che i sistemi di trasmissione ad impulsi utilizzati con il metodo di multiplazione per divisione di tempo, se dànno luogo a canali di notevole larghezza, hanno però il vantaggio di assicurare una buona trasmissione anche con valori molto bassi del rapporto segnale disturbo, valori che non risulterebbero assolutamente sufficienti con altri sistemi di trasmissione a banda stretta. Detto vantaggio non si consegue però con il sistema PAM di trasmissione ad impulsi modulati in ampiezza che è stato precedentemente indicato solamente per illustrare più chiaramente il metodo della multiplazione per divisione di tempo, bensì con gli altri sistemi di modulazione indicati nella fig. 9, quali ad esempio la modulazione degli impulsi in larghezza (PWM: inglese Pulse Width Modulation): la modulazione degli impulsi in posizione (PPM: Pulse Position Modulation) e la modulazione degli impulsi in frequenza (PFM: Pulse Frequency Modulation). In particolare, riferendosi al sistema PPM, si comprende facilmente la possibilità di assicurare una buona trasmissione anche in presenza di forti disturbi poiché (v. fig. 10), ricorrendo all'uso di opportuni limitatori inferiori e superiori, si riesce ad eliminare gli effetti dei disturbi senza alterare le caratteristiche della modulazione in posizione impressa agli impulsi stessi.

Oltre i sistemi di trasmissione ad impulsi di cui sopra, è stato realizzato in questi ultimi anni un sistema di trasmissione a codice, denominato PCM (Pulse Code o Count Modulation) che ha la particolarità di effettuare la trasmissione di segnali di qualsiasi genere, come quelli relativi alla parola, ecc., con sistemi telegrafici a codice.

Per comprendere il principio su cui il PCM è basato, occorre riferirsi ai sistemi di trasmissione ad impulsi precedentemente indicati ed osservare che in essi la trasmissione di una forma d'onda qualsiasi si effettua mediante l'operazione cosiddetta di campionamento, la quale consiste nell'individuare un conveniente numero di ordinate della forma d'onda stessa, mediante una successione di impulsi con frequenza di ricorrenza f_i modulati secondo i valori delle ampiezze delle corrispondenti ordinate. Una volta effettuato il campionamento della forma d'onda, la misura delle ampiezze delle diverse ordinate così individuate si può eseguire, non con valori varianti con continuità, ma con valori varianti a salti, in modo che la misura sia sempre possibile, con un numero limitato di salti o come si dice con un numero discreto di livelli o quantum, adottando il criterio che, se l'ampiezza di un'ordinata cade tra due livelli successivi, si prende come misura quello dei livelli superiore ed inferiore che risulta più approssimato all'effettiva ampiezza dell'ordinata stessa. Ridotta allora la misura delle ordinate ad un numero limitato di livelli, si comprende facilmente come sia possibile trasmettere i numeri che individuano tale numero di livelli, con un sistema di tipo telegrafico a codice.

Così, se si suppone di adottare un numero di 31 livelli, un codice binario a 5 unità è sufficiente ad individuare la misura discreta di ogni ampiezza; tale codice si può immaginare realizzato con le 5 unità rappresentate da 5 impulsi, dando a ciascuna unità due valori, quello zero e quello uno, facendo corrispondere al valore unità la presenza dell'impulso ed al valore zero l'assenza dell'impulso; la tabella della fig. 11 consente allora senz'altro di stabilire la misura discreta delle ampiezze delle diverse ordinate e da essa si rileva, ad es., che un'ordinata di ampiezza 31 è caratterizzata da una completa successione di 5 impulsi, un'ampiezza 22 da una successione di 5 impulsi nella quale il primo e il quarto hanno valore zero e quindi sono mancanti, un'ampiezza 15 da una successione di 5 impulsi, di cui l'ultimo ha valore zero e quindi mancante. Ciò risulta illustrato nella fig. 12, dove è rappresentato il campionamento di una forma d'onda mediante un adeguato numero di ordinate e dove inoltre la misura discreta di alcune di tali ordinate è riportata nella parte inferiore della figura mediante la successione degli impulsi corrispondente a ciascuna delle ordinate stesse.

Affinché la misura discreta di ampiezze relative ai segnali costituenti una comunicazione sia possibile con risultati soddisfacenti, è necessario che non si abbia una grande differenza tra le ampiezze dei segnali forti e di quelli deboli, poiché altrimenti i segnali deboli verrebbero ad usufruire di un numero molto minore di livelli e quindi la riproduzione di essi sarebbe affetta da distorsione maggiore di quella che si ha con i segnali forti. Per evitare tale inconveniente è necessario procedere alla cosiddetta compressione dei segnali, adottando gli stessi metodi utilizzati da tempo per la compressione dei segnali musicali nei sistemi di radiotrasmissione circolare.

Il sistema PCM in definitiva sostituisce, come risulta dalla fig. 12, ad una data forma d'onda, una forma d'onda a gradini che differisce da quella originale tanto meno quanto maggiore è il numero di livelli utilizzati per la misura dell'ampiezza massima limite che non può essere superata da alcun segnale della comunicazione. Tale deformazione della forma d'onda, che potremmo chiamare granulazione, in quanto basata su di una misura a livelli o a quantum, introduce una distorsione nei segnali stessi che risulta in generale accettabile e che in ogni caso risulta di valore tanto più piccolo quanto maggiore è il numero dei livelli. Essa può essere con sufficiente approssimazione rappresentata dalla relazione empirica:

avendo indicato con D il percento di distorsione e con N il numero totale dei livelli utilizzati; così nel caso di N = 31 si ha D = 2,7%; nel caso di N = 63, D = 1,35, ecc. Il sistema PCM offre un interesse veramente eccezionale, in quanto assicura la massima efficienza di trasmissione rispetto ai disturbi.

Diamo ora un breve cenno delle caratteristiche tecniche dei diversi sistemi di telecomunicazione, limitatamente a quelli della prima classe e a quelli della seconda classe basati sull'utilizzazione di mezzi trasmissivi a guida cava, rimandando invece per i sistemi ad onde affasciate alla voce radiocomunicazioni a fascio, in questa App.

Sistemi di telecomunicazione della 1ª classe. - I sistemi della 1ª classe, in relazione al valore della frequenza di taglio dei mezzi trasmissivi utilizzati, si possono dividere nelle seguenti tre distinte categorie che presentano caratteristiche tecniche molto differenti: a) sistemi a frequenza vocale; b) sistemi a frequenze vettrici; c) sistemi a cavo coassiale.

a) I sistemi a frequenza vocale sono quelli che utilizzano cavi caricati, detti anche pupinizzati, caratterizzati da una frequenza di taglio minore di 10 kc/sec. e da bassa velocità di propagazione dei segnali.

Per tali sistemi, ci limiteremo a indicare alcune tendenze delineatesi in questi ultimi anni, rimandando per le caratteristiche tecniche relative alle apparecchiature e ai cavi utilizzati, alla voce telefono. Tali sistemi si distinguono in sistemi a due e a quattro fili a seconda che la trasmissione nella direzione di andata e di ritorno si effettua sulla stessa coppia o su due coppie di conduttori distinte. La tendenza oggi nettamente affermatasi è quella di adottare, nella quasi generalità dei casi, il sistema a 4 fili, limitando il sistema a 2 fili per piccole distanze e particolarmente per collegamenti locali vicini; altra netta affermazione della tecnica nei riguardi di tali sistemi, è quella dell'abbandono della pupinizzazione forte con bobine da 177 mH e passo 1830 m.; infatti, dopo la normalizzazione da parte del C.C.I.F. dell'uso della banda 300÷2400 (canale da 3 kc/sec.), fu fissato per la pupinizzazione un limite massimo di 88 mH con passo di 1830 m.; successivamente, in seguito alla raccomandazione dello stesso C.C.I.F. di adozione della banda 300-3400 c/s (canale da 4 kc/s.), il limite massimo di pupinizzazione è stato ridotto a 66 mH sempre con passo di 1830. Molto spesso il valore della pupinizzazione viene ulteriormente ridotto a 44 mH sempre con passo di 1830. In conseguenza di tale riduzione nel valore della pupinizzazione, si è conseguito un notevole incremento nella frequenza di taglio e nella velocità di propagazione dei segnali, passando propriamente da una velocità di circa 16 km. al sec. e da una frequenza di taglio di 2,8 kc/sec. per la pupinizzazione 177 mH - 1830 m., ad una velocità di circa 30 km/sec. e ad una frequenza di taglio di 5,8 kc/sec. per la pupinizzazione 44 mH - 1830 m.

In merito ai sistemi telefonici a frequenza vocale, si può dire che oggi essi vengono limitati quasi esclusivamente ai collegamenti a brevi e medie distanze, utilizzando invece per i collegamenti a grandi distanze i sistemi delle due altre categorie. In questi tempi, nei cavi interurbani caricati hanno trovato notevole impiego i sistemi a correnti vettrici a due canali, uno dei quali è quello relativo alla trasmissione telefonica normale, in tal caso a banda stretta, e l'altro è ottenuto per modulazione a banda laterale unica inferiore di una frequenza portante, il cui valore viene fissato a circa 9/10 della frequenza di taglio della coppia di conduttori utilizzata. Notevole applicazione hanno trovato inoltre, sempre nei cavi interurbani caricati, i sistemi telegrafici a frequenze vettrici che consentono di ottenere, per ogni coppia di conduttori del cavo, 18 ed anche 24 canali telegrafici a seconda della frequenza di taglio del circuito.

b) I sistemi a frequenze vettrici sono quelli caratterizzati dalla utilizzazione di una gamma di frequenze il cui limite superiore risulta generalmente inferiore a 150÷160 kc/sec. e da una velocità di propagazione molto elevata che può raggiungere e superare i 200 km/s. Appartengono a tale categoria due distinti gruppi di sistemi di telecomunicazione che si differenziano fra loro per le caratteristiche dei mezzi trasmissivi utilizzati e propriamente i sistemi a frequenze vettrici su cavi non caricati e quelli su linee aeree.

I sistemi del 1° gruppo utilizzanti i cavi non caricati, possono a loro volta differenziarsi a seconda delle caratteristiche dei cavi stessi. A tale riguardo è da rilevare infatti che possono presentarsi due casi, e cioè l'utilizzazione di cavi di tipo vecchio impiegati precedentemente per frequenze vocali, ovvero l'utilizzazione di cavi fabbricati espressamente per l'applicazione delle frequenze vettrici. Il primo caso si presenta quando si voglia aumentare lo sfruttamento dei cavi a frequenze vocali già da tempo posati, procedendo alla loro spupinizzazione, onde rendere possibile l'incremento dei canali con l'uso dei sistemi a frequenze vettrici; in tal caso evidentemente le caratteristiche risultano già fissate e in conseguenza il numero dei canali utilizzabili su ogni coppia di conduttori risulta determinato da tali caratteristiche e più particolarmente dai fenomeni di diafonia che limitano il valore della frequenza massima utilizzabile. Il secondo caso si presenta quando si debba procedere alla progettazione di nuovi collegamenti e allorché considerati e vagliati tutti i fattori tecnico-economici, si ritenga senz'altro conveniente l'adozione dei sistemi a frequenze vettrici su cavi non caricati detti anche a coppie simmetriche. In tal caso infatti i cavi vengono fabbricati con particolari accorgimenti, cercando di ridurre la capacità chilometrica mediante adeguato spaziamento dei conduttori di ciascuna coppia. Così oggi tali cavi vengono costruiti con coppie di conduttori da 1,3 mm., spaziati in modo che la capacità risulti di 0,035 μF/km., ovvero, in base alle recenti raccomandazioni del C.C.I.F., con conduttori da 0,9 mm. spaziati in modo che la capacità risulti di 0,028 μF/km.

Per i sistemi del 2° gruppo che utilizzano linee aeree, è da rilevare che il mezzo trasmissivo in tal caso consentirebbe senz'altro l'uso di frequenze superiori al limite indicato di 150÷160 kc/s. Tuttavia dobbiamo aggiungere che tale limite non viene generalmente superato, in quanto, con l'aumentare del valore delle frequenze impiegate, si presentano due gravi inconvenienti, e cioè un primo inconveniente dovuto al fatto che l'attenuazione cresce notevolmente con il crescere della frequenza, oltre che per il noto fenomeno dell'effetto pellicolare, anche per i fenomeni di irradiazione; e un secondo inconveniente ancora più grave che è quello della perdita di segretezza delle comunicazioni, in quanto queste, a causa dei suddetti fenomeni di irradiazione, possono essere captate anche a distanza di qualche chilometro dalle linee di trasmissione.

I sistemi a frequenze vettrici destinati ad essere utilizzati sui vecchi cavi a frequenze vocali, possono essere di tipo a 2 o 4 fili; generalmente vengono utilizzati i sistemi a due fili che comportano filtri direzionali opportunamente studiati, onde evitare ogni influenza tra i canali della gamma inferiore destinati alle comunicazioni in un senso e quelli della gamma inferiore destinati alle comunicazioni in senso inverso. È da rilevare ancora che, con i vecchi cavi a frequenze vocali, la frequenza massima utilizzabile, determinata, come già detto, dai fenomeni di diafonia, varia a seconda dei casi da 60÷70 kc/sec., ad un massimo di 100÷120 kc/sec. Tra i sistemi realizzati a tale scopo citiamo il sistema Ericsson a 8 canali, che ha trovato larghe applicazioni in Svezia specialmente durante il periodo della seconda Guerra mondiale; esso comporta 6 canali a banda stretta di 3 kc/sec. e due canali a banda larga di 4 kc/sec. e utilizza, per le comunicazioni in un senso, la banda di 8,4÷33 kc/sec. e per le comunicazioni nell'altro senso, la banda 38,4÷63,6 kc/sec. Citiamo ancora il sistema a 12 canali studiato particolarmente per l'applicazione nella rete telefonica italiana che comporta canali tutti a banda larga di 4 kc/sec. e che utilizza la gamma 6÷54 kc/sec. per le comunicazioni in un senso, e 60÷108 kc/sec. per le comunicazioni nell'altro senso. Il passo di amplificazione con tali sistemi varia tra 12 a 20 km., a seconda del diametro dei conduttori prescelti e in relazione al valore della frequenza massima utilizzata.

I sistemi a frequenza vettrice destinati ad essere impiegati con i cavi di recente costruzione, vengono in generale utilizzati con cavi distinti per le due opposte direzioni, e ciò perché in tal modo si realizzano notevoli vantaggi economici per il minor costo delle apparecchiature e particolarmente degli amplificatori. Per esempio, un sistema a 12 canali funzionante su di una unica coppia, rispetto ad un sistema a 24 canali funzionante su due cavi distinti, oltre a richiedere filtri direzionali per separare i gruppi di canali nei due sensi di trasmissione, richiede un numero doppio di apparecchiature amplificatrici e egualizzatrici, nonché una potenza di alimentazione molto aumentata. L'utilizzazione di sistemi con più di 24 canali per coppia non risulta vantaggiosa dal punto di vista economico per l'elevato costo degli equipaggiamenti addizionali degli amplificatori intermedî e dei terminali per cui, i sistemi a frequenze vettrici a 36 e 48 canali, che sono stati in questi ultimi anni realizzati, hanno trovato scarse applicazioni. Con i sistemi a 24 canali il passo di amplificazione varia da 25 a 35 km. a seconda del diametro dei conduttori.

I sistemi a frequenza vettrice del secondo gruppo che utilizzano mezzi trasmissivi costituiti da linee aeree, vanno perdendo di importanza e diffusione, in quanto la moderna tendenza nei riguardi dei collegamenti interurbani di una certa importanza, è nettamente orientata verso l'uso dei cavi interrati, che risultano, sotto molteplici aspetti, più vantaggiosi. Tuttavia, nel caso di linee aeree esistenti, si ha sempre convenienza ad utilizzare i sistemi a frequenze vettrici e tra questi quelli più comunemente impiegati sono di tre tipi, e cioè:

sistemi ad un sol canale destinati particolarmente per collegamenti a carattere provvisorio, realizzati con apparecchiature semplici, molto spesso a doppia banda di modulazione e non a banda laterale unica per ragioni di economia. Le frequenze portanti impiegate in tali apparecchiature sono comprese nella gamma 10 ÷ 150 kc/sec. e a seconda del valore della frequenza, si possono raggiungere, senza amplificatori intermedî, portate variabili da 80 a 500 km.;

sistemi a tre canali utilizzanti una gamma di frequenza con limite superiore di 30 kc/sec., i quali consentono di superare distanze fino a 300 km. senza amplificatori intermedî;

sistemi a 12 canali che utilizzano la gamma di frequenza 36÷150 kc/sec. e consentono di superare senza amplificatori intermedî, distanze fino a 150 km. Essi vengono spesso installati sulle stesse linee che utilizzano i sistemi suddetti a tre canali, in modo da realizzare complessivamente dei sistemi a 3 + 12 e cioè a 15 canali.

c) I sistemi della terza categoria sono quelli che utilizzano, come mezzo trasmissivo, i cavi coassiali caratterizzati da una velocità di trasmissione dei segnali molto elevata, prossima a quella della luce, da una frequenza superiore di taglio molto elevata intorno a 4 Mc/sec., e in casi particolari, ad es. nelle applicazioni televisive, intorno a 20÷25 Mc/sec., nonché da completa assenza dei dannosi e preoccupanti fenomeni radiativi che si manifestano invece nelle linee aeree. Le dimensioni dei moderni cavi coassiali (per la costituzione e le caratteristiche, v. cavo, in questa seconda Appendice, I, p. 540) per trasmissioni telefoniche sono state normalizzate in base alle raccomandazioni del C.C.I.F., adottando per il conduttore interno il diametro esterno di mm. 2,6 e per quello esterno il diametro interno di mm. 9,5.

Il sistemi della terza categoria, che utilizzano sempre due tubi distinti, uno per le comunicazioni in un senso e l'altro per le comunicazioni in senso opposto, consentono di ottenere un numero di canali enormemente elevato, generalmente 600 o 960, tutti a banda larga di 4 kc/sec.; la massima frequenza utilizzata risulta così, per i sistemi a 600 canali, di 2850 kc/sec. e per quelli a 960 canali, di circa 4000 kc/sec. e poiché l'attenuazione cresce con l'aumentare della frequenza, il passo di amplificazione risulta nel primo caso di circa 10 ÷ 12 km. e nel secondo caso di circa 8 ÷ 9 km.

Anche quando il numero totale delle comunicazioni non supera il numero di 600, il collegamento viene realizzato con cavi che comportano generalmente quattro tubi coassiali anziché due come sarebbe strettamente necessario e ciò, sia per avere una riserva in caso di guasti, e sia perché la costruzione di cavi a quattro anime risulta, dal punto di vista strutturale, meglio rispondente di quella a due sole anime e d'altra parte il costo non si raddoppia ma risulta incrementato solamente del 20%. Molto spesso i cavi comprendono 6 o 8 anime coassiali ed inoltre anche una o più corone esterne di bicoppie di conduttori avvolti secondo il sistema DM destinate per i collegamenti a brevi distanze tra località attraversate dal cavo coassiale. In ogni cavo poi, nello spazio interstiziale tra i tubi coassiali, sono sempre disposte più coppie di conduttori, che vengono utilizzati per i servizî ausiliarî.

I sistemi di telecomunicazione a larga banda della terza categoria, oltre che per le comunicazioni telefoniche multiple, possono essere anche utilizzate per le trasmissioni televisive. Il tipo di cavo coassiale 2,6/9,5 si presta ad essere impiegato con sistemi di televisione a definizione non molto spinta, ad esempio con i sistemi a 625 linee che comportano una banda di trasmissione della larghezza di circa 4 Mc al secondo. Negli Stati Uniti una vasta rete di cavi coassiali, per uno sviluppo complessivo di oltre 2000 km., viene attualmente utilizzata per la trasmissione di programmi televisivi tra circa una quarantina di stazioni trasmittenti. Nel caso però che si vogliano utilizzare sistemi televisivi ad alta definizione, o sistemi televisivi a colori, per i quali la larghezza di gamma da trasmettere risulta intorno a 16 ÷ 20 Mc/sec., in tal caso vengono utilizzati cavi coassiali con diametri molto aumentati. Così, ad esempio, nel collegamento Londra-Birmingham, il cavo coassiale posato per il servizio sperimentale di televisione risulta di tipo speciale e comporta un tubo esterno ondulato di diametro interno di circa 25 mm.

Nei riguardi dei sistemi di telecomunicazione delle 3 categorie suddette e cioè a frequenze vocali, a frequenze vettrici e a cavi coassiali, è necessario aggiungere che la scelta, nei casi pratici, dell'uno o dell'altro dei tre sistemi, va stabilita in base a criterî economici d'impianto e di esercizio e in base a criterî di utilizzazione delle comunicazioni. In generale, come già detto, i sistemi a frequenza vocale vengono oggi utilizzati quasi esclusivamente per brevi distanze; quelli a frequenze vettrici per medie distanze e infine quelli a cavi coassiali per grandi distanze, specialmente quando occorra realizzare numerose comunicazioni.

Per meglio fissare le caratteristiche differenziali fra i sistemi delle tre categorie, consideriamo il caso che si debba realizzare un collegamento tra due punti terminali con 500 a 600 circuiti telefonici e, per meglio precisare, con 540 comunicazioni contemporanee. Tale numero di circuiti può essere ottenuto mediante 2 cavi a frequenza vocale a 540 coppie del diametro esterno di 8,2 cm., in modo di avere 540 circuiti a 4 fili; ovvero con 4 cavi di tipo moderno per frequenze vettrici, ciascuno di diametro esterno di 3,1 cm. costituito da dodici bicoppie a stella, in modo da ottenere con sistemi a frequenze vettrici a 12 canali, 576 circuiti a 4 fili; od infine con una coppia di anime coassiali che potrebbe dare 600 circuiti a 4 fili. Il confronto delle tre soluzioni va impostato tenendo presente che la prima richiede un passo di amplificazione di 70 km. e 1080 amplificatori per ogni stazione amplificatrice; la seconda un passo di amplificazione di circa 32 km. e 96 amplificatori per ogni stazione amplificatrice; infine la terza un passo di amplificazione di 10 km. e solamente due amplificatori in ogni stazione amplificatrice.

Per la definitiva scelta della soluzione da adottare, oltre alle differenze di cui sopra, riguardanti la costituzione dei cavi e delle stazioni amplificatrici intermedie, occorre tener presente altre importanti questioni, tra le quali le seguenti: a) costo delle apparecchiature terminali che risulta di piccola entità per le frequenze vocali, di entità notevole per le frequenze vettrici e di entità ancora maggiore per il cavo coassiale; b) necessità di estrazione di comunicazioni lungo il percorso seguìto dal cavo, tenendo presente che tale estrazione risulta facile e possibile anche per un solo circuito, nel caso delle frequenze vocali, meno facile per le frequenze vettrici, per le quali la suddetta estrazione deve essere considerata per gruppi di 12 comunicazioni ed infine molto difficoltosa e costosa nel caso del cavo coassiale, in quanto solo recentemente si è riusciti a risolvere il problema delle estrazioni dei primi 4 supergruppi, cosicché l'estrazione in ogni caso deve essere considerata per un limitato numero di supergruppi comprendente 60 circuiti; c) lunghezza del collegamento da realizzare, poiché solamente in base alla conoscenza di tale lunghezza, è possibile effettuare un confronto definitivo per la scelta della soluzione più conveniente.

Sistemi della 2ª classe. - Si limita l'esame ai soli sistemi che utilizzano come mezzo trasmissivo le guide cave. Tali sistemi, che traggono origine dallo sviluppo della tecnica dei radar e più in generale dallo sviluppo della tecnica delle microonde, sono ancora in corso di sviluppo ed esperimento. Diamo tuttavia alcune sommarie indicazioni per mettere in rilievo le possibilità delle loro future applicazioni.

Rimandiamo alla voce antenna (in questa App.) per quanto riguarda il principio fisico su cui le guide cave sono basate. Esse consentono la propagazione solamente di onde di frequenza superiore ad un dato valore, valore che risulta funzione delle dimensioni geometriche della sezione delle guide stesse. In particolare, per guide di sezione rettangolare di lati a e b (fig. 13), la propagazione dell'onda trasversa elettrica TE₀₁ con campo elettrico normale al lato b, è solamente possibile con onde di lunghezza eguale o v inferiore a 2 b e cioè di frequenza

avendo indicato con v la velocità della luce. Per guide di sezione circolare, a seconda che si consideri la propagazione dell'onda trasversa magnetica TM₀₁ (fig. 14) o quella dell'onda trasversa elettrica TE₁₁ (fig. 15), le massime lunghezze d'onda utilizzabili sono rispettivamente, indicando con r il raggio della sezione circolare:

ove p è la prima radice della funzione di Bessel di prima specie di ordine zero, il cui valore è 2,405 e y la prima radice della derivata della funzione di Bessel di prima specie di prim'ordine, il cui valore è 1,84. Se pertanto ci riferiamo a guide cave di sezioni circolari, di diametro di un centimetro, e cioè presso a poco di diametro eguale a quello dei normali cavi coassiali, la lunghezza d'onda massima utilizzabile risulta inferiore a 2,6 cm. nel caso dell'onda TM₀₁, e inferiore a 3,4 cm. nel caso dell'onda TE₁₁.

Nei riguardi dell'eccitazione delle guide cave circolari con onde TM₀₁ e TE₁₁, è da rilevare la convenienza di utilizzazione delle onde TM₀₁, poiché queste dànno luogo ad una simmetria cilindrica che rende facile la rivelazione delle onde stesse, mentre, nel caso dell'utilizzazione delle onde TE₁₁, una eventuale rotazione del piano di polarizzazione potrebbe determinare una sensibile diminuzione ed anche un completo annullamento, nel caso che la rotazione sia di 90°, dell'intensità dell'onda in ricezione. Considerando d'altra parte che affinché l'attenuazione, nel caso dell'onda TM₀₁, risulti minima dev'essere realizzata la condizione λ₁/r = 1,5, si deduce che nel caso di una guida di diametro di 1 cm. la lunghezza d'onda dovrebbe essere di 0,75 cm., e ammesso anche di adottare il rapporto λ₁/r = 2, che è molto prossimo a quello di minima attenuazione, la lunghezza d'onda dovrebbe essere di 1 cm. e quindi la frequenza di 30.000 Mc/sec.

Da quanto sopra si rileva subito un primo inconveniente e cioè che, nel caso di utilizzazione di tubi cavi di diametro corrispondente a quello dei normali cavi coassiali, la frequenza da utilizzare risulterebbe di valore notevolmente maggiore di quella massima di 10 Mc/sec. impiegata nei radar. In ogni caso, anche utilizzando guide cave del diametro di 3 cm. con le quali risulterebbe possibile l'uso di onde di frequenza di 10.000 Mc/sec., per conseguire risultati convenienti dal punto di vista economico, si dovrebbe pensare a convogliare su di una coppia di guide cave circolari (una guida per un senso e l'altra per l'altro) un numero di comunicazioni dell'ordine almeno di qualche diecina di migliaia. È da rilevare infatti che con un numero di comunicazioni minore, ad esempio intorno al migliaio, la soluzione del cavo coassiale risulterebbe senz'altro più economica; solamente, ad esempio, nel caso di diecimila comunicazioni contemporanee, per cui si richiederebbe con la soluzione del coassiale, l'uso di dieci coppie di tubi, si potrebbe presentare la convenienza dell'uso di una sola coppia di guide cave, sempre che tale coppia sia atta a convogliare tutte le diecimila comunicazioni richieste. Ammettendo allora di attribuire ad ogni comunicazione un canale di 4 kc/sec., si verrebbe ad avere una gamma globale, per i diecimila canali, dell'ordine di 40 Mc/sec. In realtà la gamma risulterebbe notevolmente più larga per ragioni determinate dalla stessa tecnica di generazione e modulazione delle microonde.

In ogni caso, per la messa a punto di un sistema di comunicazioni a guida cava occorre anzitutto risolvere i seguenti fondamentali problemi: a) generazione di frequenze stabili dell'ordine di 10.000 a 30.000 Mc/sec.; b) modulazione della frequenza generata con banda molto larga di circa 40÷100 Mc/sec.; c) amplificazione di iperfrequenze portanti comprese nella gamma 10.000÷30.000 Mc/sec. modulate con bande molto larghe dell'ordine suddetto di 40 a 100 Mc/sec.; d) rivelazione e riproduzione in arrivo delle bande di modulazione. Allo stato attuale della tecnica, i problemi suddetti non possono dirsi completamente risolti; la risoluzione di tali problemi è strettamente connessa con l'evoluzione della tecnica dei tubi ad onda progressiva. Non appena tale tecnica sarà completamente messa a punto, potrà senz'altro considerarsi risolto il problema della realizzazione pratica di sistemi di telecomunicazioni multiple a guide cave atte a convogliare su una sola coppia un numero di 10.000 o più comunicazioni.

Bibl.: Gigli, Niccolai, Federici, Malerba, Possenti, Micheletta, Memorie varie presentate alla Commissione per le Telecomunicazioni del C. N. R., Roma 1946-1947, R. M. Chamney, La tecnica moderna delle linee di comunicazione telefonica nell'amministrazione postale inglese, Conferenza all'A. E. I., Roma, aprile 1947; R. Suer, Les liaisons a grande distance par cable coaxial et leur évolution, in L'Onde Électrique, Parigi, maggio 1948; A. W. Montgomery, Long-distance Telephone Communication Circuits, in Electrical Communication, New York, dicembre 1948.